集成温度感测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开的各个实施例涉及一种温度感测器，优选地是可以嵌入在半导体中的温度感测器。
【发明内容】
[0002]第一实施例涉及一种集成温度感测器，其包括:
[0003]—阻挡层，其连接至少两个导电元件，
[0004]一其中阻挡层具有正温度系数。
[0005]第二实施例涉及一种电路，其包括:
[0006]一电子开关兀件，
[0007]—集成温度感测器，其设置在电子开关元件附近，
[0008]—其中集成温度感测器包括
[0009]—阻挡层，其连接至少两个导电元件，
[0010]一其中阻挡层具有正温度系数。
[0011]第三实施例涉及一种用于制造集成温度感测器的方法，该方法包括
[0012]—构造阻挡层，该阻挡层连接至少两个导电元件，其中该阻挡层具有正温度系数。
【附图说明】
[0013]参照附图示出并描述了实施例。附图用于示出基本原理，因此仅示出了用于理解基本原理所需的特征方面。附图未按照比例。在附图中相同附图标记表示相同特征。
[0014]图1示出了金属堆叠、在金属堆叠下方的阻挡层、以及设置在阻挡层下方的氧化物或晶片，其中光刻胶被涂覆在金属堆叠的顶部上以用掩膜覆盖两个金属焊盘；
[0015]图2示出了刻蚀之后的两个金属焊盘，其中另一光刻胶被涂覆在金属焊盘的顶部上、以及在连接这两个金属焊盘的阻挡层的顶部上；
[0016]图3示出了作为连接这两个金属焊盘的阻挡层的嵌入式温度感测器；
[0017]图4示出了对应于图2中所示工艺步骤的顶视图；
[0018]图5示出了对应于图3中所示工艺步骤，而并未示出氧化物或晶片的顶视图；
[0019]图6示出了该结构的三维视图(未示出氧化物或晶片);
[0020]图7示出了包括与作为单元701中温度相关(temperature dependent)装置的电阻器组合的两个晶体管的示例性电路图；
[0021]图8示出了包括具有两个晶体管和作为温度相关装置的电阻器的单元以及用于确定温度补偿电流或电压并据此动作的附属电路的单元示意图；
[0022]图9示出了包括高侧单元和低侧单元的IGBT半桥设置的电路，这两个单元都以隔离方式经由微控制器而被控制；
[0023]图10示出了图9中采用的驱动器的示意图；
[0024]图11A至图11C示出了嵌入式温度感测器的数个示例性实施例。
【具体实施方式】
[0025]在此描述的一个示例涉及一种片上温度测量装置(也称作温度感测器或温度感测装置)。该温度感测器可以由具有正温度系数的导电层提供，其可以特别地集成在半导体中，特别是功率半导体(诸如例如MOSFET、IGBT、JFET或二极管)中。这种示例可以允许以成本有效方式的更精确的温度测量。
[0026]在一个示例中，导电层(具有正温度系数)可以作为半导体的制造工艺的一部分。这种温度感测器的一个示例性解决方案可以涉及感测电流或感测电压自身的本征温度补偿，优选地在半导体内、与电流感测场一起。因此，无需附加的补偿并且无需另外的复杂信号处理。
[0027]特别建议利用层，特别是利用在现有制造步骤中设置的薄金属层(metalliclayer，金属的或含有金属的层)。这种利用可以包括构造该层。为此目的，可以使用至少一个层，其充当金属迹线下方的阻挡层。阻挡层可以设置在衬底例如硅或氧化硅衬底的顶部上。金属迹线可以特别地包括任意下列材料:铝、铜、硅等，或其任意组合。
[0028]阻挡层可以包括以下各项中的的至少一项:妈、钛、氮化钛、钨钛、钽、氮化钽。该层可以特别地包括任何薄金属(阻挡)层。
[0029]金属主要地具有(相当高的)正温度系数Tk，并且可以经由溅射、CVD (化学气相沉积)、PVD (物理气相沉积)或任何类似方法而沉积。
[0030]该正温度系数可以在很大程度上不受其制造工艺自身的改变的影响。可选的是，通过例如改变版图、层厚度等，而基本上独立于温度系数地确定或甚至改变阻抗。
[0031]因此，所示的各个示例允许提供与半导体一起设置在芯片上的温度感测器。该半导体可以特别地是功率半导体。
[0032]温度感测器可以通过构造薄金属层实现，其中这种层中的至少一个可以是半导体的通用制造工艺的一部分。因此，该解决方案以有效方式改变了现有制造工艺，以便于提供具有高精度的温度感测器。
[0033]图1示出了包括例如AlSiCu的金属堆叠101、在金属堆叠101下方的阻挡层102例如薄TiW层、以及在阻挡层102下方的氧化物或晶片103。
[0034]光刻胶104被涂覆在金属堆叠101的顶部上，并且用作构造金属堆叠101的掩模。金属堆叠101的这种构造可以经由选择性刻蚀而进行:去除并未被光刻胶104所覆盖的金属堆叠101。这种选择性刻蚀可以仅去除金属堆叠101，而并未去除阻挡层102。
[0035]在完成了该刻蚀之后，光刻胶104被去除，从而呈现出两个金属焊盘201和202 (源自金属堆叠101的剩余金属)。另一光刻胶203被涂覆在金属焊盘201、202的顶部上、以及在连接了两个金属焊盘201、202的阻挡层102的顶部上(参见图2)。
[0036]在下一个(第二)选择性刻蚀步骤中，去除并未被光刻胶203覆盖的阻挡层102。接着，去除光刻胶203，从而呈现出如图3中所示的结构，即，经由下方的阻挡层102连接的两个金属焊盘201和202。图6示出了该结构的三维视图(未示出氧化物103)。
[0037]图4示出了对应于图2中所示工艺步骤的顶视图。在该阶段，在顶视图中可见光刻胶203和阻挡层102。图5示出了对应于图3中所示工艺步骤的顶视图，未示出氧化物或晶片103。图5对应于图6的三维视图。
[0038]光刻胶203覆盖当刻蚀阻挡层时不应被去除的那些区域。这允许在焊盘201、202之间(或在任何其他导电元件或路径之间)设置薄阻挡层。
[0039]用于制造该薄阻挡层的附加的工作可以限于处理单个“光刻胶层”，即，涂覆光刻胶、曝光该光刻胶层、显影该层并且去除该光刻胶。
[0040]可选的是，例如经由场氧，将具有正温度系数的温度感测器与半导体电绝缘。设置用于温度感测器的电绝缘，温度感测器可以用于半桥电路中，特别是属于该半桥电路的高侧(尚电压)开关。
[0041]可以针对至少一个半导体端子设置电隔离，例如栅极端子、发射极端子、源极端子、集电极端子或漏极端子。可选的是，温度感测器电连接至一个或多个晶体管端子，这可以减少焊盘或管脚数目，并且从而减小总成本。
[0042]图11A示出了与晶体管1101(包括栅极端子G、集电极端子C和发射极端子E)电隔离的嵌入式温度感测器1102。在该情形中，需要在芯片上的两个附加焊盘以及在封装体1110上的两个附加管脚1103、1104。
[0043]图11B示出了封装体1110的备选情形，其中温度感测器1102的一个端子与晶体管1101的发射极(或源极)连接。在该实施例中，焊盘/管脚数目减少了一个。监控电路(未示出)可以在完成了开关转换之后“读取”感测器，即，当电压尖峰经由管脚E和1103而基本上平息时。
[0044]图11C示出了封装体1110的另一示例性实施例，其中温度感测器1102的端子与晶体管1101连接，即，温度感测器1102的第一端子与发射极(源极)连接、并且温度感测器1102的第二端子与晶体管1101的栅极连接。监控电路可以在恒定电压施加至栅极时、即在晶体管导通(0N)时，“读取”感测器。在IGBT或MOSFET的情形中，流入到栅极中的DC电流远远小于流过温度感测器的电流。因此，可以确定流过温度感测器的电流、温度感测器的阻抗、以及温度感测器的温度。
[0045]为了获得电流信息，可以在MOSFET、JFET或IG